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我科學(xué)家實現(xiàn)超越標(biāo)準(zhǔn)量子香農(nóng)理論的量子通信

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2020-02-05 06:08:32    瀏覽次數(shù):55
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[科技前沿]本報合肥2月4日電記者常河、馬榮瑞從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉,該校郭光燦院士團(tuán)隊在量子通信實驗研究中取得重要進(jìn)展,首次實現(xiàn)超越標(biāo)準(zhǔn)量子香農(nóng)理論的量子通信。香農(nóng)理論是經(jīng)典信息論的基礎(chǔ),其中信息載

[科技前沿]

本報合肥2月4日電記者常河、馬榮瑞從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉,該校郭光燦院士團(tuán)隊在量子通信實驗研究中取得重要進(jìn)展,首次實現(xiàn)超越標(biāo)準(zhǔn)量子香農(nóng)理論的量子通信。

香農(nóng)理論是經(jīng)典信息論的基礎(chǔ),其中信息載體是經(jīng)典系統(tǒng)。20世紀(jì)40年代末,美國數(shù)學(xué)家、信息論創(chuàng)始人克勞德·香農(nóng)根據(jù)經(jīng)典物理定律建立了數(shù)據(jù)傳輸模型,發(fā)展出了信息論。對于建立在經(jīng)典體系之上的香農(nóng)信息論來說,無論是信息載體(如光子)還是通信信道本身(如光纜),都被視作經(jīng)典系統(tǒng)。它們具有定義明確、完全可區(qū)分的狀態(tài)。一直以來,物理學(xué)家都想要發(fā)展出信息論的量子版本,以探索當(dāng)信息載體是量子系統(tǒng)時會產(chǎn)生什么新的可能性。

如果把信息載體推廣到量子系統(tǒng)則得到標(biāo)準(zhǔn)的量子香農(nóng)理論,它是量子通信與量子信息的基礎(chǔ),已經(jīng)在量子信息壓縮、噪聲信道中的信息傳輸、糾纏輔助的量子通信等方面取得了極大的成功。近兩年的理論研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)多個信道連接順序處于相干疊加態(tài)時,經(jīng)典信息和量子信息的傳輸速率相比標(biāo)準(zhǔn)的量子香農(nóng)理論都有進(jìn)一步的提升。

受此啟發(fā),李傳鋒、柳必恒等人通過構(gòu)造光學(xué)量子開關(guān),實現(xiàn)了兩個信道兩種連接順序的相干疊加等技術(shù),使得相干疊加操作的保真度達(dá)到97%以上。在此基礎(chǔ)上,又分別實現(xiàn)了經(jīng)典信息和量子信息的高保真度傳輸,實驗結(jié)果均優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)量子香農(nóng)理論通信模型(傳輸路徑不相干疊加)的結(jié)果。

該成果近日發(fā)表在國際物理學(xué)著名學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報》上,由李傳鋒、柳必恒等人與香港大學(xué)理論物理學(xué)家合作完成,首次實現(xiàn)了量子信道因果序的相干疊加。

該工作是國際上首個利用量子信道因果序的相干疊加實現(xiàn)超越標(biāo)準(zhǔn)量子香農(nóng)理論的量子通信原理性實驗驗證,是香農(nóng)理論二次量子化的重要一步,對量子計算和量子精密測量以及在量子時空的模擬中也有重要用途。

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